| 研究課題/領域番号 |
24K00973
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分22020:構造工学および地震工学関連
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| 研究機関 | 関東学院大学 |
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研究代表者 |
北原 武嗣 関東学院大学, 理工学部, 教授 (00331992)
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| 研究分担者 |
梶田 幸秀 九州大学, 工学研究院, 准教授 (10403940)
鳥澤 一晃 関東学院大学, 理工学部, 教授 (80416734)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2026年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2025年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2024年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
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| キーワード | 高粘度流体ゴム支承 / 天然ゴム / 水溶き片栗粉 / エネルギー吸収 / Extended Bouc-Wen モデル / 被害予測 / 低環境負荷 / 免制震性能 / 確率論的構造同定 / 耐震性能評価 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研題は，構造物の地震時性能の向上のため，ゴム支承の免制震性能のさらなる高度化と，SDGs指向を踏まえた環境への配慮を同時に達成しうる，低環境負荷と取扱の容易さとを兼ね備えた高粘度流体ゴム支承の開発を目的としている。
高粘度流体である水溶き片栗粉もしくはグリセリンを含むゴム支承の力学特性を，正負交番載荷や動的載荷実験により明らかにし，高粘度流体ゴム支承を有する橋梁全体系の地震時安全性について検討する。
提案する高粘度流体ゴム支承は現状の鉛プラグ入り積層ゴムや高減衰積層ゴムと比較して，SDGs指向の低環境負荷である点，新設および更新の両面で簡便に取り扱える点に長所を有している。
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| 研究実績の概要 |
＜高粘度流体ゴム支承の耐荷性能確認実験および復元力特性の数値モデル作成＞高粘度流体ゴム支承の耐荷性能を確認するため，天然ゴム支承模型に，孔を空け，水溶き片栗粉（ダイラタント流体）を封入したもの，グリースを封入したもの，中空のアルミ管を封入したもので一定振幅の正負交番載荷実験を実施した。その結果，中空のアルミ管を封入したものでは，明確なエネルギー吸収が見られたが，水溶き片栗粉，グリースの場合は，エネルギー吸収はほとんど確認されなかった。また水溶き片栗粉の流動に伴い，他の物体との摩擦力を発生させるため，直径3mmの鉄球を孔に混入させた実験も実施したが，エネルギー吸収は若干増える程度で，明確なエネルギー吸収は確認できなかった。これらは，ゴムと高粘度流体との間に摩擦力がほとんど発生しなかったためと考えられる。
耐火性能確認実験から，復元力特性の数値モデル作成まで実施する前段階として，Extended Bouc-Wen モデルのMATLABコードを作成した。高粘度流体ゴム支承の復元力特性に関しては，上記のとおり，実験において十分なエネルギー吸収が確認できなかったため，数値モデルの構築には至らなかった。
＜実現象に即した地震動の設定＞実現象に即した地震動の設定に向け，過去に実施した地震動モデルの整理を行った。，さらに，地震時における道路施設の機能支障を機械学習により予測するモデルについて検討した。また、令和6年能登半島地震で発生した道路施設の被害とその復旧状況について情報収集を行うため、2024年7月と10月に現地調査を実施した。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
3: やや遅れている
理由
＜高粘度流体ゴム支承の耐荷性能確認実験および復元力特性の数値モデル作成＞正負交番載荷実験そのものは実施できる環境を整え，すでに種々のケースで実験を実施しているが，鉛プラグ入り積層ゴム支承と同等のエネルギー吸収を確保するためには，中空アルミ管を封入した場合のみしか成功していない。当初の目的である，自然由来の材料を用い，SDGsを視野に入れた新しい高減衰ゴム支承を開発するために，もう少し，工夫が必要だということが分かり，2025年度もさらなる実験を予定している状況であるため。
また，この実験結果を踏まえて復元力特性の数値モデル作成も軌道に乗せるよう進捗を図る予定である。
＜実現象に即した地震動の設定＞実地震被害の調査およびその機械学習による予測モデルの検討も進め，こちらの課題はおおむね計画通りと考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
＜高粘度流体ゴム支承の耐荷性能確認実験および復元力特性の数値モデル作成＞水溶き片栗粉やグリースの場合，水溶き片栗粉，グリースはゴム支承に空けた孔の側面との摩擦だけではほとんどエネルギー吸収できないことが明らかになったため，エネルギーを吸収できるような仕掛けを考え，正負交番載荷実験を実施すると共に，中空のアルミ管では，明確なエネルギー吸収を示したため，中空アルミ管の厚さをパラメータとした実験を行い，復元力特性を作成する際の資料とすることを目指したい。
さらに，これまで検討したExtended Bouc-Wen モデルを参考に，より実験結果を忠実に再現可能な復元力特性を，ベイズ推定や機械学習を用いて数値モデルを構築することを目指していく。
＜実現象に即した地震動の設定＞引き続き，計画通りに推進していく予定である。
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